بخشی از مقاله
چکیده
کاربیدهای نانومتری در زمینه فریتی فولاد کم کربن حاوی وانادیم در دماها و زمان های مختلف از نگهداری هم دما مورد بررسی قرار گرفتند. ویژگی های کاربیدهای رسوبی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری و ارتباط آنها با خواص مکانیکی دانه های فریت با اندازهگیری های میکروسختی تعیین شدند. نتایج نشان میدهند که در دماهای بالای عملیات رسوبی نگهداری هم دما - 675- 750°C - و دماهای نگهداری پایین - - 600°C به ترتیب رسوب بین فازی و رسوب ناشی از فریت فوقاشباع حاکم میباشند.
همچنین در محدوده دمایی - 625- 650°C - امکان حضور همزمان این دو نوع رسوب در دانه مشابه فریت وجود دارد. حالت های مختلف از رسوب گذاری کاربیدهای نانومتری به تفاوت در مورفولوژی توزیع، رابطه جهتگیری با زمینه فریت، ترکیبات شیمیایی و میزان تاثیرگذاریشان بر خواص مکانیکی منجر می شوند. در مقایسه با دیگر حالتها، وجود همزمان رسوبات بین فازی و رندم در دمای 650°C بالاترین میکروسختی و بیشترین میزان اثربخشی بر خواص مکانیکی فریت را ارایه میدهد.
مقدمه
رسوب سختی با امکان ایجاد چگالی بالایی از کاربیدهای آلیاژی با پراکندگی مناسب در زمینه، به عنوان راهی مناسب برای افزایش استحکام فولاد بدون افت چشمگیر داکتیلیتی شناخته شده است.[1] لذا، از رسوب سختی میتوان برای توسعه فولادهای پیشرفته کم آلیاژ فوق مستحکم استفاده نمود. پراکندگی رسوبات نانومتری استراتژی بسیار مناسبی برای کسب بیشینه استحکامبخشی رسوبی همراه با کاهش محتوای عناصر آلیاژی میباشد. این موضوع یکی از دلایل اصلی توجه محققان به ایجاد رسوبات نانومتری از طریق رسوبگذاری بینفازی و رسوبگذاری از فریت فوق اشباع در تولید فولادهای استحکام بالا است.[2-6]
در رسوبگذاری بینفازی، فرایند رسوبگذاری مرتبط به مهاجرت لبه فصل مشترک آستنیت/ فریت میباشد و از طریق رسوب روی مرز بینفازی حین استحاله آستنیت به فریت، کاربیدهای آلیاژی پراکنده به صورت ردیف های تناوبی در زمینه فریتی با چگالی پایینی از نابجاییها ایجاد می شوند.[7] در مقابل، رسوب رندوم کاربیدها در زمینه فریت از فوق اشباعی عناصر میکروآلیاژی به سبب جرکت سریع فصل مشترک آستنیت/ فریت حین فرآیند تجزیه آستنیت ناشی میشود.[8] این مورفولوژی ها و پراکندگی شان به دما و زمان استحاله وابسته است. شایان ذکر است که در راستای ایجاد رسوبات نانومتری از طریق رسوبگذاری بینفازی و رسوبگذاری از فریت فوق اشباع هنوز ابهاماتی وجود دارند که نیاز به مطالعات عمیقتری دارند.
برای نمونه میتوان به دلایل وجود همزمان رسوبات بینفازی و رسوبات رندوم ناشی از فریت فوق اشباع در دانه مشابه فریت، شرایط مناسب دمایی و زمانی برای ایجاد هر کدام از این نوع رسوبات کاربیدی و میزان تاثیرگذاری هر کدام از آنها بر خواص مکانیکی اشاره کرد. از این رو، مطالعه حاضر با هدف بررسی پارامترهای عملیات نگهداری همدما روی حالت های مختلف رسوبگذاری کاربیدهای نانومتری و تاثیرگذاری رسوبات حاصل بر خواص مکانیکی با ترکیب میکروسکوپ الکترونی عبوری و اندازه گیری های میکروسختی از دانه های مجزای فریت صورت گرفته است.
مواد و روش تحقیق
ماده اولیه شامل ورق فولادی به ضخامت 10mm بود که از طریق ریخته گری در کوره القائی، تلقیح وانادیم توسط ذوب مجدد سرباره الکتریکی، نورد گرم و سردسازی سریع فرآوری شد. سپس به منظور کاهش جدایش عناصر آلیاژی، در کوره خلا به مدت 24 ساعت در 1200 & همگن سازی شد. ترکیب شیمیایی ماده اولیه در جدول 1 ارایه شده است. در ادامه، نمونه همگن شده در یک کوره خلاء در 1200 به مدت 600 s آستنیته شده و بلافاصله در حمام نمک در دماهای مختلف 750 & - ،725،700،675،650،625، - 600 و زمانهای متفاوت 3600s - ،1800،900،300،60، - 20 تحت عملیات رسوبی هم دما قرار گرفته و سپس در آب سریع سرد شد.
ریزساختار های حاصل توسط میکروسکوپ نوری مدل Olampyous و میکروسکوپ الکترونی عبوری مدل های Philips CM20 و FEI Tecnai F20 بررسی شدند. نمونه ها برای بررسی با میکروسکوپ نوری، ابتدا به صورت مکانیکی و سپس با خمیر الماسه و سیلیکای کلوییدی پولیش شده و در محلول نایتال - %3 - اچ می شوند. برای مشاهدات TEM، فویلهای نازک از صفحات TD نمونهها با پولیش مکانیکی و سپس با جت پولیش دوقلویی در محلول حاوی %10 اسید پرکلریک و %90 اسید استیک در 12 &در ولتاژ 12V آماده شد.
اندازه رسوب از طریق تصویربرداری TEM از ریپلیکاهای استخراجی کربن مشخص شد و شیمی رسوبات توسط طیف نگاری تفرق انرژی - EDS - و طیف نگاری اتلاف انرژی الکترون - EELS - در TEM تعیین شد. فرایند آماده سازی ریپلیکاها مشتمل بر اچ زمینه نمونه فولادی پولیش شده، نشاندن لایه نازک کربنی روی سطح اچ شده، برداشتن لایه کربنی حاوی رسوبات از سطح و قرار دادن روی شبکه مسی با مش 300 است. برای تعیین مورفولوژی رسوبات چندین فویل نازک TEM مشاهده و برای تعیین توزیع اندازه کاربید 50 ذره رسوب از هر نوع مورفولوژی اندازه گیری شد.
برای درک بهتر از رابطه بین رفتار رسوبگذاری و استحکام نمونه، سختی نمونههای استحاله یافته در دماها و زمان های مختلف از عملیات رسوبی همدما، توسط سختی سنج ویکرز اندازه گیری شد. اندازهگیری میکرو سختی روی نمونههای میکروسکوپ نوری با استفاده از یک سختی سنج ویکرز Matsuzawa MHT-1 تحت بار 0.1 کیلوگرم و زمان نگهداری 15s انجام شد. به منظور تعیین وضعیت رسوبگذاری در فریت، برای هر نمونه50 اندازهگیری مختلف از دانه های مجزای فریت انجام شد و توزیع میکروسختی نهایی رسم شد.
نتایج و بحث
میکروسکوپ نوری به منظور تحلیل فازهای مختلف درون ساختار انجام شد. به طور کلی ریزساختار نمونها عمدتاً از فریت پلیگونال تشکیل شده است. در بعضی ریزساختارها به همراه فریت، مارتنزیت ناشی از سردسازی سریع آستنیت ناپایدار نیز یافت میشود. در دماهای زیر 700 C بعد از نگهداری همدما برای 900s استحاله آستنیت به فریت کامل بوده و در ریزساختار مقداری پرلیت هم یافت میشود. البته میزان سمنتیت محاسبه شده در ریزساختار کمتر از %5 میباشد. همچنین، توزیع اندازه دانه نمونهها در رنج 1-30ʽm میباشد. اکثر نمونهها دارای بیش از %80 دانهها کمتر از 10ʽm به استثنا نمونههای استحاله یافته در 725œC و 750°C میباشند. کوچکترین دانهها در نمونه استحاله یافته در 600 C با متوسط 5 0.2ʽm یافت شد.
در شکل 1 با فرض آنکه سختی تابعی از زمان نگهداری همدما میباشد، تفاوت سختی ویکرز دانه فریت با دما رسم شد. مطابق شکل، متوسط سختی ویکرز با کاهش دما از 750 & تا 650 & به طور پیوسته افزایش مییابد و پس از آن تا دمای 625 & با مقداری کاهشو مجدداً با روند افزایش همراه میشود. در ضمن، بیشترین مقدار سختی در دمای 650 & برای زمان نگهداری 900s حاصل میشود. به علاوه، برای تعیین وضعیت رسوبگذاری در هر نمونه، 50 تست میکروسختی مختلف انجام شد. در ضمن، شکل 2 توزیع میکروسختی بدست آمده حاصل از این اندازهگیریها در برخی از نمونهها را نشان میدهد.
